押込み試験方式を利用したしや熱コーティング材のヤング率測定法

摘要

地球環境·エネルギー問題の観点から，発電用ガスタービンにおける燃焼ガス温度の更なる高温化が求められており，そのためのキーテクノロジーとして，タービン静翼に対するしゃ熱コーティング(Thermal Barrier Coatings，TBCs)の付加が一般的となってきている．しゃ熱コーティング材とは，耐酸化·腐食特性を持ちなおかつ静翼構造部材（基材）とトップコートの密着性を保つ役割を果たすアンダーコート（通常MCrAIY合金）により基材を被覆し，更にしゃ熱特性を受け持つトップコート（通常低熱伝導性セラミックス）を施工したものであり，このようなしゃ熱コーティング材と静翼内部冷却の組み合わせにより，基材温度を100°C程度低下させることができ，燃焼ガス温度向上の一助となることが確認されている．一方，筆者らはトップコートとアンダーコート基材間の熱膨張係数の相違に起因する熱応力がTBCsにおいては発生し，その熱応力の繰返しがコーティング損傷進行の一因になることも報告している．発生する熱応力を推定するためトップコートのヤング率を把握することは，材料の信頼性確保の観点から必須であるが，コーティングという形態であるが故に一般的な材料特性評価試験が適用できないという問題を本質的に有している．加えて，長時間大気雰囲気中高温暴露によってトップコートの焼結進行·緻密化（トップコート内気孔の減少）を生じることが報告されており，結果としてトップコートのヤング率が運転開始時と比較して変化することが推察される．そのため，例えば定期点検での運転休止毎に実施可能であるような，簡便·迅速かつ非破壊的なヤング率測定法が必要であるが，現状ではまだそのような方法は確立されていない．